KR20220148639A - Atomic reactor passive cooling installation - Google Patents

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KR20220148639A
KR20220148639A KR1020210055995A KR20210055995A KR20220148639A KR 20220148639 A KR20220148639 A KR 20220148639A KR 1020210055995 A KR1020210055995 A KR 1020210055995A KR 20210055995 A KR20210055995 A KR 20210055995A KR 20220148639 A KR20220148639 A KR 20220148639A
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한국원자력연구원
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Abstract

The present invention relates to a passive cooling facility of a nuclear reactor. According to one aspect of the present invention, the passive cooling facility of the nuclear reactor comprises: a nuclear reactor including a steam generator; a reduction cover arranged to surround the nuclear reactor; a containment chamber arranged to enclose the reduction cover; an emergency cooling tank arranged outside the containment chamber and configured to accommodate cooling water therein; and a heat exchange device arranged in the emergency cooling tank and configured to condense steam emitted from the nuclear reactor.

Description

원자로 피동냉각 설비{ATOMIC REACTOR PASSIVE COOLING INSTALLATION}Reactor passive cooling facility {ATOMIC REACTOR PASSIVE COOLING INSTALLATION}

본 발명은 원자로 피동냉각 설비에 관한 것으로, 일체형 원자로에서 원전 사고 시 원자로를 장기적으로 냉각할 수 있는 원자로 피동냉각 설비에 대한 발명이다.The present invention relates to a reactor passive cooling facility, and is an invention to a nuclear reactor passive cooling facility capable of long-term cooling of a nuclear reactor in case of a nuclear accident in an integrated nuclear reactor.

스마트(SMART, System-integrated Modular Advanced Reactor)는 원자로, 증기발생기, 가압기 및 냉각재펌프가 하나의 용기에 집약된 일체형 원자로이다. 이러한 스마트 또는 소형모듈원전(SMR, Small Modular Reactor)에서 원전 사고가 발생할 때, 원자로를 장기적으로 냉각할 필요가 있다.SMART (System-integrated Modular Advanced Reactor) is an integrated reactor in which a reactor, steam generator, pressurizer and coolant pump are integrated into one vessel. When a nuclear accident occurs in such a smart or small modular reactor (SMR), it is necessary to cool the reactor for a long time.

후쿠시마 사고 이후, 원자력 시설의 피동냉각에 대한 설계 최적화에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 피동냉각 설비는 원자로에 사고 등이 발생하는 경우, 원자로의 운전이 정지된 상태에서 코어에 남아있는 잔열을 제거하기 위한 설비이다.After the Fukushima accident, research on design optimization for passive cooling of nuclear power facilities has been actively conducted. The passive cooling facility is a facility for removing residual heat remaining in the core while the operation of the nuclear reactor is stopped in the event of an accident or the like in the nuclear reactor.

종래에 원자로의 피동냉각 설비는, 원전 사고 시 발생하는 잔열을 해수를 이용하여 장기 냉각을 수행하는 기술이 있다. 하지만, 이렇게 해수를 이용하여 원자로를 장기적으로 냉각하기 위해서는 해수가 근거리에 있어야 하고, 또한, 해수를 이용하기 위해 펌프를 이용해야한다.Conventionally, passive cooling facilities of nuclear reactors have a technique of performing long-term cooling using seawater for residual heat generated during a nuclear accident. However, in order to cool a nuclear reactor using seawater in this way, seawater must be in a short distance, and a pump must be used to use seawater.

하지만, 펌프를 가동시킬 수 있는 전원이 공급되지 않는 경우에 장기 냉각을 위한 냉열원으로 해수를 이용할 수 없는 문제가 발생한다.However, when power to operate the pump is not supplied, there is a problem that seawater cannot be used as a cooling heat source for long-term cooling.

더욱이, 원전 사고가 발생할 때 원자로의 잔열을 제거하기 위해 열교환을 수행하는 열교환기가 파손되는 경우에 열교환기를 통해 아이오다인과 같은 방사성 물질이 격납실 외부로 유출될 수 있는 문제가 있다.Moreover, when a nuclear power plant accident occurs, there is a problem that radioactive materials such as iodine may leak out of the containment chamber through the heat exchanger when a heat exchanger that performs heat exchange to remove residual heat from the nuclear reactor is damaged.

일본등록특허 제6402171호 (2018.09.14.)Japanese Patent Registration No. 6402171 (2018.09.14.) 미국등록특허 제10937555호 (2021.03.02.)US Patent No. 10937555 (2021.03.02.)

본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 일체형 원자로인 스마트(SMART, System-integrated Modular Advanced Reactor) 또는 소형모듈원전(SMR, Small Modular Reactor)에서 원전 사고가 발생할 때 원자로의 잔열을 피동으로 냉각할 수 있는 원자로 피동냉각 설비를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention were invented in the background as described above, and when a nuclear accident occurs in a smart (System-integrated Modular Advanced Reactor (SMART) or Small Modular Reactor (SMR)) that is an integrated reactor, the residual heat of the nuclear reactor is removed. An object of the present invention is to provide a reactor passive cooling facility capable of passively cooling.

또한, 원전 사고가 발생할 때 원자로에 방출되는 아이오다인 등의 방사성 물질이 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있는 원자로 피동냉각 설비를 제공하고자 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide a reactor passive cooling facility capable of preventing the release of radioactive materials such as iodine emitted to the reactor when a nuclear accident occurs.

본 발명의 일 측면에 따르면, 증기발생기를 포함하는 원자로; 상기 원자로를 감싸도록 배치된 저감 커버; 상기 저감 커버를 감싸도록 배치된 격납실; 상기 격납실 외부에 배치되고, 내부에 냉각수가 수용되는 비상냉각 탱크; 및 상기 비상냉각 탱크 내에 배치되며, 상기 원자로에서 방출된 증기를 응축시키는 열교환기를 포함하는, 원자로 피동냉각 설비가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a nuclear reactor comprising a steam generator; a reduction cover disposed to surround the nuclear reactor; a containment chamber arranged to surround the reduction cover; an emergency cooling tank disposed outside the containment and accommodating cooling water therein; and a heat exchanger disposed in the emergency cooling tank and condensing the vapor discharged from the nuclear reactor, a reactor passive cooling facility may be provided.

본 발명의 일 실시예는, 스마트(SMART, System-integrated Modular Advanced Reactor) 또는 소형모듈원전(SMR, Small Modular Reactor)에서 원전 사고가 발생할 때, 원자로에서 방출되는 잔열을 외부의 해수가 아닌 발전소 내부의 비상냉각탱크를 이용하여 제거함으로써, 장기간 동안 잔열을 제거할 수 있다.In one embodiment of the present invention, when a nuclear accident occurs in a smart (SMART, System-integrated Modular Advanced Reactor) or small modular nuclear power plant (SMR), the residual heat emitted from the nuclear reactor is transferred to the inside of the power plant rather than external seawater. Residual heat can be removed for a long time by removing it using an emergency cooling tank of

또한, 비상냉각탱크 내에 배치된 열교환기의 하부에 배치된 냉각수가 냉각에 이용되지 않는데, 이러한 냉각수를 이용하기 때문에 비상냉각탱크 내의 냉각수를 효율적으로 이용할 수 있다.In addition, the cooling water disposed under the heat exchanger disposed in the emergency cooling tank is not used for cooling, and since such cooling water is used, the cooling water in the emergency cooling tank can be efficiently used.

더욱이, 필터를 이용하여 아이오다인과 같은 방사성 물질을 제거함에 따라 증기발생기 또는 열교환기가 파괴되더라도 방사성 물질이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.Moreover, as the radioactive material such as iodine is removed using the filter, even if the steam generator or the heat exchanger is destroyed, there is an effect of preventing the radioactive material from leaking to the outside.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 피동냉각 설비를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로 피동냉각 설비가 동작하는 것을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing a reactor passive cooling facility according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the operation of the reactor passive cooling facility according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, specific embodiments for implementing the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is said that a component is 'connected', 'supported', 'connected', 'supplied', 'transferred', or 'contacted' to another component, it is directly connected, supported, connected, It should be understood that supply, delivery, and contact may occur, but other components may exist in between.

본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.In addition, in the present specification, the expressions of the upper side, the lower side, the side surface, etc. are described with reference to the drawings in the drawings, and it is disclosed in advance that if the direction of the corresponding object is changed, it may be expressed differently. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings, and the size of each component does not fully reflect the actual size.

또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by these terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The meaning of "comprising," as used herein, specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component, and/or group. It does not exclude the existence or addition of

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로(110) 피동냉각 설비(10)에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원자로(110) 피동냉각 설비(10)는, 일체형 원자로(110)인 스마트(SMART, System-integrated Modular Advanced Reactor) 또는 소형모듈원전(SMR, Small Modular Reactor)에 적용할 수 있다. 이러한 원자로(110) 피동냉각 설비(10)는, 열원부(100), 피동냉각부(200) 및 열교환부(300)를 포함한다.With reference to FIGS. 1 and 2 , the passive cooling facility 10 of the nuclear reactor 110 according to an embodiment of the present invention will be described. The passive cooling facility 10 of the nuclear reactor 110 according to an embodiment of the present invention is applied to a smart (SMART, System-integrated Modular Advanced Reactor) or a small modular nuclear power plant (SMR, Small Modular Reactor) that is an integrated reactor 110 . can do. The passive cooling facility 10 of the nuclear reactor 110 includes a heat source unit 100 , a passive cooling unit 200 , and a heat exchange unit 300 .

열원부(100)는, 원전 사고 이후에 열이 발생하며, 이러한 열원부(100)는, 원자로(110), 저감 커버(120) 및 격납실(130)을 포함한다.The heat source unit 100 generates heat after a nuclear accident, and the heat source unit 100 includes a nuclear reactor 110 , a reduction cover 120 , and a containment chamber 130 .

원자로(110)는, 내부에 노심이 배치되며, 노심에서 발생된 열이 원자로(110)에 포함된 증기발생기에서 열교환이 이루어져 증기발생기에서 열이 발생될 수 있다. 이러한 원자로(110)는 내부에 증기발생기, 가압기 및 냉각재펌프가 하나의 용에 집약된 일체형 원자로이다.The reactor 110 has a core disposed therein, and heat generated from the core may be heat exchanged in a steam generator included in the reactor 110 to generate heat in the steam generator. The nuclear reactor 110 is an integrated reactor in which a steam generator, a pressurizer, and a coolant pump are integrated into one unit.

원자로(110)는 사고가 발생한 경우 다른 동작이 정지되지만, 원자로(110) 내부에 잔재하는 열로 인해 지속적으로 열이 발생하고, 그로 인해 내부에 배치된 증기발생기에서 증기가 지속적으로 발생할 수 있다.In the case of an accident, other operations are stopped in the nuclear reactor 110, but heat is continuously generated due to the heat remaining inside the nuclear reactor 110, and thus steam may be continuously generated from the steam generator disposed therein.

저감 커버(120)는, 격납실(130) 내부에 배치되고, 원자로(110)를 감싸도록 배치될 수 있다. 이러한 저감 커버(120)는, 격납실(130) 압력 및 방사능 저감(CPRSS, containment pressure and radioactivity suppression system)을 위해 설치된다. 그리고 저감 커버(120)의 내부에는, 원자로(110) 냉각재 계통를 감싸는 방사성물질의 저감설비 영역(LCA, lower containment area)이 구비될 수 있다.The reduction cover 120 may be disposed inside the containment chamber 130 and may be disposed to surround the nuclear reactor 110 . This reduction cover 120 is installed for containment 130, pressure and radiation reduction (CPRSS, containment pressure and radioactivity suppression system). In addition, a lower containment area (LCA) of radioactive materials surrounding the coolant system of the nuclear reactor 110 may be provided inside the abatement cover 120 .

방사성물질 저감설비 영역은, 원자로(110)에서 사고 발생 시 저감 설비 영역에 방사성 물질을 함유하는 증기 및 공기가 정상적인 방출 경로가 아닌 다른 경로로 누설되지 않도록 밀봉된 상태일 수 있다. 이를 위해 저감 커버(120)는, 내부가 밀봉된 상태에서 내부에서 발생되는 최대 압력을 견디도록 내압 설계가 설정될 수 있다. 또한, 저감 커버(120)에는, 소정의 물이 채워진 상태일 수 있다.The radioactive material reduction facility area may be in a sealed state so that, when an accident occurs in the nuclear reactor 110 , steam and air containing a radioactive material in the reduction facility area do not leak through a path other than a normal discharge path. To this end, the reduction cover 120 may have a pressure-resistant design to withstand the maximum pressure generated from the inside in a sealed state. In addition, the reduction cover 120 may be in a state filled with a predetermined amount of water.

격납실(130)은, 저감 커버(120) 전체를 감싸도록 배치될 수 있으며, 발전소의 최종 경계에 해당된다. 따라서 격납실(130)은, 원자로(110)에서 사고가 발생한 경우에 저감 커버(120)에서 방사성 물질이 배출되지 않도록 차단하지 못하는 경우가 발생하더라도 방사성 물질이 외부로 배출되지 않도록 차단할 수 있다.The containment chamber 130 may be disposed to surround the entire reduction cover 120 , and corresponds to the final boundary of the power plant. Therefore, the containment room 130 may block the radioactive material from being discharged to the outside even if it is not possible to block the radioactive material from being discharged from the reduction cover 120 when an accident occurs in the nuclear reactor 110 .

피동냉각부(200)는, 원자로(110)에서 사고가 발생했을 때 열교환부(300)에서 열교환이 이루어지도록 하고, 또한, 원자로(110)의 잔열을 제거하기 위해 구비된다. 이러한 피동냉각부(200)는, 비상냉각 탱크(210), 순환배관(220), 필터(230) 및 공급밸브(240)를 포함한다.The passive cooling unit 200 is provided to perform heat exchange in the heat exchange unit 300 when an accident occurs in the nuclear reactor 110 , and also to remove residual heat from the nuclear reactor 110 . The passive cooling unit 200 includes an emergency cooling tank 210 , a circulation pipe 220 , a filter 230 , and a supply valve 240 .

비상냉각 탱크(210)는, 격납실(130)의 외부에 배치되고, 내부에 냉각수가 수용된다. 비상냉각 탱크(210)에 수용된 냉각수는 열교환부(300)에서 증기가 응축되도록 할 수 있다. 따라서 열교환부(300)는 비상냉각 탱크(210)의 냉각수에 의해 원자로(110)의 증기발생기에서 발생되는 증기를 응축하고, 또한, 증기가 응축된 응축수를 원자로(110)로 다시 주입하여 원자로(110)의 온도를 낮추기 위해 배치된다.The emergency cooling tank 210 is disposed outside the containment chamber 130 , and cooling water is accommodated therein. The cooling water accommodated in the emergency cooling tank 210 may cause the vapor to be condensed in the heat exchange unit 300 . Therefore, the heat exchange unit 300 condenses the steam generated in the steam generator of the nuclear reactor 110 by the cooling water of the emergency cooling tank 210, and also injects the condensed water in which the steam is condensed back into the reactor 110 to the reactor ( 110) is arranged to lower the temperature.

순환배관(220)은, 비상냉각 탱크(210)에 연결되며, 일부가 격납실(130)의 내부에 배치된 저감 커버(120)의 내부에 배치된다. 그에 따라 순환배관(220)을 통해 냉각수가 순환하여 저감 커버(120) 내부에서 열을 흡수하여 비상냉각 탱크(210)에서 흡수된 열을 냉각할 수 있다.The circulation pipe 220 is connected to the emergency cooling tank 210 , and a part is disposed inside the reduction cover 120 disposed inside the containment chamber 130 . Accordingly, cooling water circulates through the circulation pipe 220 to absorb heat inside the reduction cover 120 to cool the heat absorbed in the emergency cooling tank 210 .

여기서, 순환배관(220)은, 일부가 저감 커버(120)의 내부에 배치됨에 따라 저감 커버(120)의 채운 물에 의해 열을 전달받을 수 있다.Here, the circulation pipe 220 may receive heat by the water filled in the reduction cover 120 as a part is disposed inside the reduction cover 120 .

이러한 순환배관(220)의 일단은 비상냉각 탱크(210)의 하단에 연결되며, 순환배관(220)의 타단은 비상냉각 탱크(210)의 상단에 연결된다. 순환배관(220)을 따라 순환하는 냉각수는 비상냉각 탱크(210)의 하단에서 저감 커버(120) 내부로 이동되었다가 저감 커버(120)에서 비상냉각 탱크(210)의 상부로 순환되어 이동될 수 있다.One end of the circulation pipe 220 is connected to the lower end of the emergency cooling tank 210 , and the other end of the circulation pipe 220 is connected to the upper end of the emergency cooling tank 210 . Cooling water circulating along the circulation pipe 220 is moved from the lower end of the emergency cooling tank 210 to the inside of the abatement cover 120, and then circulated from the abatement cover 120 to the top of the emergency cooling tank 210. Can be moved have.

따라서 순환배관(220)을 통해 비상냉각 탱크(210)에 수용된 냉각수가 순환됨에 따라 열교환부(300)와 함께 저감 커버(120) 내부의 열을 냉각할 수 있다. 이러한 순환배관(220) 및 비상냉각 탱크(210)의 냉각수는 열교환부(300)의 잔열 제거 기능을 보조하는 역할을 할 수 있다.Accordingly, as the cooling water accommodated in the emergency cooling tank 210 circulates through the circulation pipe 220 , it is possible to cool the heat inside the reduction cover 120 together with the heat exchange unit 300 . The cooling water of the circulation pipe 220 and the emergency cooling tank 210 may serve to assist the residual heat removal function of the heat exchange unit 300 .

또한, 순환배관(220)에서 비상냉각 탱크(210)의 상단으로 배출되는 물은 저감 커버(120)를 거쳐 일정 이상의 온도로 가열됨에 따라 비상냉각 탱크(210)의 상단에 뜨거운 물 영역인 열성층(HR, hot water layer region)을 형성할 수 있다.In addition, as the water discharged from the circulation pipe 220 to the upper end of the emergency cooling tank 210 is heated to a predetermined or higher temperature through the reduction cover 120 , the thermal layer that is a hot water area at the upper end of the emergency cooling tank 210 . (HR, hot water layer region) can be formed.

필터(230)는 순환배관(220)에 설치되고, 방사성 물질을 필터링한다. 이러한 필터(230)는 방사성 물질 중 특히 아이오다인(iodine)을 필터링할 수 있다. 필터(230)는 순환배관(220)에서 저감 커버(120)의 외부 및 격납실(130) 내부에 배치될 수 있으며, 저감 커버(120)를 거쳐 배출되는 냉각수에서 방사성 물질을 필터링하기 위해 배치된다.The filter 230 is installed in the circulation pipe 220, and filters the radioactive material. The filter 230 may filter out iodine, particularly, among radioactive materials. The filter 230 may be disposed outside of the abatement cover 120 and inside the containment chamber 130 in the circulation pipe 220 , and is disposed to filter radioactive materials from the cooling water discharged through the abatement cover 120 . .

필터(230)는 격납실(130) 내부에 배치됨에 따라 필터(230)에서 아이오다인 등의 방사성 물질에 대한 필터링이 이루어질 때 방사성 물질이 격납실(130) 외부로 방출되지 않을 수 있다.As the filter 230 is disposed inside the containment chamber 130 , the radioactive material may not be emitted to the outside of the containment chamber 130 when the filter 230 filters radioactive materials such as iodine.

후술할 비상냉각 탱크(210) 내에 배치되는 열교환부(300)의 열교환기(310)가 파손되는 경우, 파손된 열교환기(310)를 통해 방사성 물질(예컨대, 아이오다인 등)이 비상냉각 탱크(210)의 냉각수에 포함될 수 있다. 필터(230)는 냉각수에 포함된 방사성 물질을 필터링할 수 있다.When the heat exchanger 310 of the heat exchange unit 300 disposed in the emergency cooling tank 210 to be described later is damaged, a radioactive material (eg, iodine, etc.) is transferred to the emergency cooling tank through the damaged heat exchanger 310 . It may be included in the cooling water of 210 . The filter 230 may filter the radioactive material contained in the cooling water.

공급밸브(240)는, 비상냉각 탱크(210)에 물을 공급한다. 이때, 비상냉각 탱크(210)에 수용된 냉각수는, 순환배관(220)에서 비상냉각 탱크(210)로 가열된 물이 공급되어 열성층(HR)을 형성하고 그로 인해 지속적으로 비상냉각 탱크(210)에서 물이 증발되어 소모될 수 있다. 이렇게 비상냉각 탱크(210)에서 물이 줄어드는 것을 방지하기 위해 공급밸브(240)를 통해 비상냉각 탱크(210)로 물이 보충될 수 있다.The supply valve 240 supplies water to the emergency cooling tank 210 . At this time, the cooling water accommodated in the emergency cooling tank 210 is supplied with water heated from the circulation pipe 220 to the emergency cooling tank 210 to form a recessive layer (HR), thereby continuously cooling the emergency cooling tank 210. Water evaporates from it and can be consumed. In order to prevent the water from being reduced in the emergency cooling tank 210 in this way, water may be replenished into the emergency cooling tank 210 through the supply valve 240 .

이러한 공급밸브(240)는, 후술할 열교환기(320)보다 상부에 배치되고, 또한, 비상냉각 탱크(210)의 상단에 연결된 순환배관(220)보다 하부에 배치될 수 있다.The supply valve 240 may be disposed above the heat exchanger 320 to be described later, and may be disposed below the circulation pipe 220 connected to the upper end of the emergency cooling tank 210 .

열교환부(300)는, 원자로(110)의 증기 발생기에서 발생된 증기를 비상냉각 탱크(210)에서 냉각하여 응축시켜 원자로(110) 측으로 응축된 응축수를 다시 공급하여 원자로(110)의 잔열을 제거하기 위해 구비된다. 이러한 열교환부(300)는, 열교환기(310) 및 증기배관(320)을 포함한다.The heat exchanger 300 cools and condenses the steam generated in the steam generator of the nuclear reactor 110 in the emergency cooling tank 210 , and supplies the condensed condensed water back to the nuclear reactor 110 to remove the residual heat of the nuclear reactor 110 . provided to do The heat exchange unit 300 includes a heat exchanger 310 and a steam pipe 320 .

열교환기(310)는, 비상냉각 탱크(210) 내에 배치되고, 이때, 비상냉각 탱크(210)에서 상부 측으로 치우쳐 배치될 수 있다. 이렇게 열교환기(310)가 비상냉각 탱크(210) 내에서 상부 측에 치우쳐 배치되는 것은, 작업자가 열교환기(310)의 유지보수 및 열교환기(310) 하부 검사를 수월하게 수행하기 위함이다. 따라서 비상냉각 탱크(210)에서 열교환기(310)의 하부 영역은, 열교환기(310)의 열교환을 위해 이용되지 않는 영역(DR, dead region)일 수 있다.The heat exchanger 310 is disposed in the emergency cooling tank 210 , and in this case, the emergency cooling tank 210 may be disposed to be biased toward the upper side. The reason that the heat exchanger 310 is biased toward the upper side in the emergency cooling tank 210 is for an operator to easily perform maintenance of the heat exchanger 310 and a lower inspection of the heat exchanger 310 . Therefore, in the emergency cooling tank 210 , the lower region of the heat exchanger 310 may be a dead region (DR) that is not used for heat exchange of the heat exchanger 310 .

즉, 열교환기(310)는 비상냉각 탱크(210)의 측면에 배치된 냉각수와 열교환이 이루어지고, 열교환된 냉각수는 끓어 비상냉각 탱크(210)의 상부로 이동한다. 이렇게 열교환된 냉각수는 순환배관(220)을 통해 비상냉각 탱크(210)로 유입된 가열된 냉각수와 만나면서 비상냉각 탱크(210) 상부에 열성층 영역을 형성한다. 따라서 비상냉각 탱크(210)의 상단에 냉각수가 지속적으로 증발함에 따라 증발열에 의한 냉각효과는 증가될 수 있다.That is, the heat exchanger 310 exchanges heat with the cooling water disposed on the side of the emergency cooling tank 210 , and the heat-exchanged cooling water boils and moves to the upper portion of the emergency cooling tank 210 . The heat-exchanged cooling water meets the heated cooling water introduced into the emergency cooling tank 210 through the circulation pipe 220 to form a recessive layer region on the emergency cooling tank 210 . Accordingly, as the cooling water continuously evaporates at the upper end of the emergency cooling tank 210 , the cooling effect by the heat of evaporation may be increased.

증기배관(320)은, 원자로(110)의 증기발생기와 열교환기(310)를 연결하는 배관으로, 증기발생기에서 발생된 증기를 열교환기(310)로 이송하여 열교환기(310)에서 응축될 수 있도록 한다. 그에 따라 증기배관(320)은 증기발생기에서 열교환기(310)로 연결된 위치에 증기가 이송되도록 배치되고, 열교환기(310)에서 증기발생기로 연결된 위치에 응축수가 이송되도록 배치된다.The steam pipe 320 is a pipe connecting the steam generator and the heat exchanger 310 of the nuclear reactor 110 , and may be condensed in the heat exchanger 310 by transferring the steam generated in the steam generator to the heat exchanger 310 . let it be Accordingly, the steam pipe 320 is disposed such that steam is transferred from the steam generator to a location connected to the heat exchanger 310 , and condensed water is transferred to a location connected from the heat exchanger 310 to the steam generator.

상기와 같은 구성을 갖는 원자로(110) 피동냉각 설비(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 원자로(110)에 사고가 발생할 때 동작될 수 있으며, 별도의 펌프가 구비되지 않은 상태에서 피동적으로 동작이 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 2 , the passive cooling facility 10 of the nuclear reactor 110 having the above configuration may be operated when an accident occurs in the nuclear reactor 110 , and passively in a state where a separate pump is not provided. action can be made.

비상냉각 탱크(210)가 격납실(130) 외부에 설치된 상태에서, 원자로(110)에 사고가 발생되는 경우, 원자로(110)의 증기발생기에서 발생된 증기는 증기배관(320)을 통해 열교환기(310)로 이동된다. 열교환기(310)에서 증기에 대한 열교환이 이루어짐에 따라 비상냉각 탱크(210)의 냉각수가 가열된다. 또한, 저감 커버(120)의 내부에 배치된 순환배관(220)에서 가열된 냉각수가 필터(230)를 거쳐 비상냉각 탱크(210)로 유입된다. 이렇게 가열된 냉각수가 순환배관(220)에서 비상냉각 탱크(210)로 이동됨에 따라 비상냉각 탱크(210)의 하부에 배치된 냉각수가 저감 커버(120)의 내부 측으로 이동되어 냉각수의 순환이 이루어질 수 있다.When an accident occurs in the nuclear reactor 110 in a state in which the emergency cooling tank 210 is installed outside the containment chamber 130 , the steam generated from the steam generator of the nuclear reactor 110 is transferred to the heat exchanger through the steam pipe 320 . (310). As heat exchange with steam is performed in the heat exchanger 310 , the coolant in the emergency cooling tank 210 is heated. In addition, the cooling water heated in the circulation pipe 220 disposed inside the reduction cover 120 flows into the emergency cooling tank 210 through the filter 230 . As the cooling water heated in this way is moved from the circulation pipe 220 to the emergency cooling tank 210, the cooling water disposed under the emergency cooling tank 210 is moved to the inner side of the reduction cover 120, so that the cooling water can be circulated. have.

따라서 비상냉각 탱크(210)에서 열교환기(310)의 하부 영역(DR)에 위치하는 냉각수는 열교환을 위해 이용되지 않는데, 순환배관(220)을 통해 냉각수가 순환됨에 따라 열교환기(310)의 하부 영역(DR)에 배치된 냉각수도 열교환을 위해 이용될 수 있다.Accordingly, the coolant located in the lower region DR of the heat exchanger 310 in the emergency cooling tank 210 is not used for heat exchange, but as the coolant circulates through the circulation pipe 220 , the lower portion of the heat exchanger 310 . The coolant disposed in the region DR may also be used for heat exchange.

그리고 원자로(110)의 사고가 발생할 때 경우에 따라 비상냉각 탱크(210) 내에 배치된 열교환기(310)가 파송되는 경우가 발생한다. 이렇게 열교환기(310)가 파손되는 경우, 증기배관(320)을 통해 원자로(110)에서 방사성 물질(예컨대, 아이오다인)이 열교환기(310)를 통해 비상냉각 탱크(210)의 냉각수를 오염시킬 수 있다. 이때, 비상냉각 탱크(210)에 수용된 냉각수의 수소이온 농도(pH)가 약 7.5 이상으로 유지되도록 하여 열교환기(310)에서 누출되는 아이오다인을 냉각수에 완전히 용해되도록 할 수 있다.In addition, when an accident of the nuclear reactor 110 occurs, the heat exchanger 310 disposed in the emergency cooling tank 210 is dispatched in some cases. When the heat exchanger 310 is damaged in this way, a radioactive material (eg, iodine) in the reactor 110 through the steam pipe 320 contaminates the cooling water of the emergency cooling tank 210 through the heat exchanger 310 . can do it At this time, the hydrogen ion concentration (pH) of the cooling water accommodated in the emergency cooling tank 210 is maintained at about 7.5 or more, so that the iodine leaking from the heat exchanger 310 can be completely dissolved in the cooling water.

이렇게 냉각수에 아이오다인이 용해됨에 따라 비상냉각 탱크(210)에서 외부로 아이오다인이 누출되는 것을 방지하며, 또한, 순환배관(220)을 따라 냉각수가 이동하여 필터(230)를 통해 아이오다인을 필터링함에 따라 냉각수에 용해된 아이오다인을 제거함으로써, 아이오다인 등의 방사성 물질이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.As the iodine is dissolved in the cooling water in this way, the iodine is prevented from leaking from the emergency cooling tank 210 to the outside, and the cooling water moves along the circulation pipe 220 to filter the iodine through the filter 230 . Accordingly, by removing the iodine dissolved in the cooling water, it is possible to prevent radioactive substances such as iodine from being discharged to the outside.

더욱이, 비상냉각 탱크(210)의 상단은 순환배관(220)을 통해 가열된 냉각수가 유입됨에 따라 열성층(HR)이 형성되는데, 이렇게 비상냉각 탱크(210)의 상단에 형성된 열성층(HR)으로 인해, 비상냉각 탱크(210) 내의 냉각수가 상부로 이동하지 못하고 열성층(HR) 하부에서 대류가 이루어질 수 있다. 이렇게 비상냉각 탱크(210)의 냉각수가 열성층(HR) 하부에서 대류가 이루어짐에 따라 아이오다인이 용해된 냉각수는 상부로 이동하지 못하고 비상냉각 탱크(210)의 하부에 배치된 순환배관(220)을 통해 필터(230) 측으로 이동될 수 있다.Furthermore, a thermal layer (HR) is formed at the upper end of the emergency cooling tank 210 as the heated cooling water flows in through the circulation pipe 220. In this way, a thermal layer (HR) formed at the top of the emergency cooling tank 210 is formed. Due to this, the coolant in the emergency cooling tank 210 may not move to the upper part, and convection may be made in the lower part of the recessive layer HR. As the cooling water of the emergency cooling tank 210 convects at the lower portion of the recessive layer (HR), the cooling water in which iodine is dissolved cannot move to the upper portion, and the circulation pipe 220 disposed at the lower portion of the emergency cooling tank 210. may be moved toward the filter 230 through the

또한, 열성층(HR)의 하부에 외부에서 비상냉각 탱크(210)로 물이 공급되는 공급밸브(240)가 배치됨에 따라 열성층(HR)과의 경계가 보다 선명해질 수 있다. 즉, 열성층(HR)은 순환배관(220)에서 배출되어 형성되며, 열교환기(320)에 의해 가열되어 비상냉각 탱크(210)의 내부에서 상승하는 냉각수는 공급밸브(240)를 통해 공급되는 물에 의해 1차적으로 냉각되어 비상냉각 탱크(210)의 하부로 이동됨에 따라 열성층(HR)의 아래에서 냉각수가 순환되는 대류가 일어날 수 있다. 따라서 아이오다인이 용해된 냉각수는 열성층(HR)의 하부에서 대류가 이루어질 수 있다.In addition, as the supply valve 240 through which water is supplied to the emergency cooling tank 210 from the outside is disposed below the recessive layer HR, the boundary with the recessive layer HR may become clearer. That is, the thermal layer HR is formed by being discharged from the circulation pipe 220 , and the cooling water that is heated by the heat exchanger 320 and rises in the emergency cooling tank 210 is supplied through the supply valve 240 . As it is primarily cooled by water and moves to the lower portion of the emergency cooling tank 210, convection in which the cooling water circulates under the recessive layer HR may occur. Accordingly, the cooling water in which the iodine is dissolved may be convected in the lower portion of the recessive layer HR.

상기와 같이, 비상냉각 탱크(210), 순환배관(220), 필터(230), 열교환기(310) 및 증기배관(320)이 배치됨에 따라 원자로(110)에서 사고가 발생하더라도 열교환기(310)를 통해 원자로(110)의 잔열을 피동으로 냉각할 수 있다. 또한, 열교환기(310)가 파손되어 원자로(110)의 방사성 물질이 열교환기(310)를 통해 방출되더라도 방사성 물질을 필터(230)에서 필터링함으로써, 방사성 물질이 외부로 배출되지 않을 수 있다. 더욱이, 열교환기(310)가 파손되더라도 순환배관(220)을 통해 저감 커버(120) 내부의 열을 지속적으로 냉각할 수 있다.As described above, as the emergency cooling tank 210, the circulation pipe 220, the filter 230, the heat exchanger 310, and the steam pipe 320 are disposed, even if an accident occurs in the nuclear reactor 110, the heat exchanger 310 ) through the residual heat of the nuclear reactor 110 can be passively cooled. In addition, even if the heat exchanger 310 is damaged and the radioactive material of the nuclear reactor 110 is discharged through the heat exchanger 310 , the radioactive material is filtered by the filter 230 , so that the radioactive material may not be discharged to the outside. Moreover, even if the heat exchanger 310 is damaged, it is possible to continuously cool the heat inside the reduction cover 120 through the circulation pipe 220 .

이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.Although the embodiments of the present invention have been described as specific embodiments, this is merely an example, and the present invention is not limited thereto, and should be construed as having the widest scope according to the embodiments disclosed herein. A person skilled in the art may implement a pattern of a shape not specified by combining/substituting the disclosed embodiments, without departing from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, and it is clear that such changes or modifications also fall within the scope of the present invention.

10: 원자로 피동냉각 설비
100: 열원부 110: 원자로
120: 저감 커버 130: 격납실
200: 피동냉각부 210: 비상냉각 탱크
220: 순환배관 230: 필터
240: 공급밸브
300: 열교환부 310: 열교환기
320: 증기배관10: Reactor passive cooling equipment
100: heat source 110: nuclear reactor
120: abatement cover 130: containment compartment
200: passive cooling unit 210: emergency cooling tank
220: circulation pipe 230: filter
240: supply valve
300: heat exchanger 310: heat exchanger
320: steam pipe

Claims (10)

증기발생기를 포함하는 원자로;
상기 원자로를 감싸도록 배치된 저감 커버;
상기 저감 커버를 감싸도록 배치된 격납실;
상기 격납실 외부에 배치되고, 내부에 냉각수가 수용되는 비상냉각 탱크; 및
상기 비상냉각 탱크 내에 배치되며, 상기 원자로에서 방출된 증기를 응축시키는 열교환기를 포함하는,
원자로 피동냉각 설비.a nuclear reactor comprising a steam generator;
a reduction cover disposed to surround the nuclear reactor;
a containment chamber arranged to surround the reduction cover;
an emergency cooling tank disposed outside the containment and accommodating cooling water therein; and
It is disposed in the emergency cooling tank, comprising a heat exchanger for condensing the vapor discharged from the reactor,
Reactor passive cooling equipment. 제 1 항에 있어서,
상기 증기발생기에서 발생된 증기를 상기 열교환기로 이송하고, 상기 열교환기에서 응축된 응축수를 상기 증기발생기로 이송하는 증기배관을 더 포함하는,
원자로 피동냉각 설비.The method of claim 1,
Further comprising a steam pipe for transferring the steam generated in the steam generator to the heat exchanger, and transferring the condensed water condensed in the heat exchanger to the steam generator,
Reactor passive cooling equipment. 제 1 항에 있어서,
상기 저감 커버의 내부와 상기 비상냉각 탱크를 순환하도록 배치된 순환배관을 더 포함하는,
원자로 피동냉각 설비.The method of claim 1,
Further comprising a circulation pipe arranged to circulate the inside of the reduction cover and the emergency cooling tank,
Reactor passive cooling equipment. 제 3 항에 있어서,
상기 순환배관의 일단은 상기 비상냉각 탱크의 하단에 연결되고, 상기 순환배관의 타단은 상기 비상냉각 탱크의 상단에 연결된,
원자로 피동냉각 설비.4. The method of claim 3,
One end of the circulation pipe is connected to the lower end of the emergency cooling tank, and the other end of the circulation pipe is connected to the upper end of the emergency cooling tank,
Reactor passive cooling equipment. 제 4 항에 있어서,
상기 비상냉각 탱크에 수용된 냉각수는, 상기 비상냉각 탱크 하단에 연결된 순환배관을 통해 상기 저감 커버 내부로 이동하고, 상기 비상냉각 탱크의 상단에 연결된 상기 순환배관을 통해 상기 비상냉각 탱크로 순환되는,
원자로 피동냉각 설비.5. The method of claim 4,
The cooling water accommodated in the emergency cooling tank moves into the reduction cover through a circulation pipe connected to the lower end of the emergency cooling tank, and is circulated to the emergency cooling tank through the circulation pipe connected to the upper end of the emergency cooling tank.
Reactor passive cooling equipment. 제 3 항에 있어서,
상기 순환배관에 설치되고, 상기 순환배관을 통해 이송되는 냉각수에 포함된 방사성 물질을 필터링하는 필터를 더 포함하는,
원자로 피동냉각 설비.4. The method of claim 3,
Installed in the circulation pipe, further comprising a filter for filtering the radioactive material contained in the cooling water transferred through the circulation pipe,
Reactor passive cooling equipment. 제 6 항에 있어서,
상기 필터는 상기 격납실 내부에 배치되되 상기 저감 커버 외부에 배치된,
원자로 피동냉각 설비.7. The method of claim 6,
The filter is disposed inside the containment, disposed outside the reduction cover,
Reactor passive cooling equipment. 제 1 항에 있어서,
상기 열교환기는, 상기 비상냉각 탱크의 상부 측에 치우쳐 배치된,
원자로 피동냉각 설비.The method of claim 1,
The heat exchanger is disposed biased toward the upper side of the emergency cooling tank,
Reactor passive cooling equipment. 제 1 항에 있어서,
상기 비상냉각 탱크에 수용된 냉각수의 수소이온 농도(pH) 7.5 이상인,
원자로 피동냉각 설비.The method of claim 1,
The hydrogen ion concentration (pH) of the coolant accommodated in the emergency cooling tank is 7.5 or more,
Reactor passive cooling equipment. 제 4 항에 있어서,
상기 비상냉각 탱크에는, 상기 비상냉각 탱크의 상단에 연결된 상기 순환배관의 타단보다 하부에 배치되고, 상기 비상냉각 탱크에 냉각수를 공급하기 위한 공급밸브가 배치된,
원자로 피동냉각 설비.5. The method of claim 4,
In the emergency cooling tank, a supply valve for supplying cooling water to the emergency cooling tank is disposed below the other end of the circulation pipe connected to the upper end of the emergency cooling tank,
Reactor passive cooling equipment.
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